超级电容储能系统的无源分数阶滑模控制设计

发布时间：2025-05-13 05:32

　　 设计了一款针对超级电容储能(SupercapacitorEnergyStorage,SCES)系统的无源分数阶滑模控制(Passive Fractional-Order Sliding-Mode Control,PFOSMC)。首先,基于SCES系统固有的物理特性,构建储能函数并对其进行分析。随后,保留系统阻尼有益项以改进其动态响应,同时完全补偿系统阻尼无益项以实现全局一致的控制性能。最后,设计分数阶滑模控制(Fractional-Order Sliding-Mode Control, FOSMC)作为附加控制输入,旨在重塑系统能量使闭环系统严格无源,并引入分数阶比例-微分(PDa)滑动平面以增强系统鲁棒性。仿真结果表明,PFOSMC的控制性能与PID控制、基于互联与阻尼配置的无源控制(Interconnection and Damping Assignment Passivity-Based Control, IDA-PBC)和FOSMC相比,其均可在各种工况下实现最好的动态响应和最高的鲁棒性。

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【部分图文】：

图5有功功率和无功功率调节下的系统响应

制器的控制性能，人为选择阶跃信号作为有功/无功功率参考值。不同控制器获得的相应系统响应如图5所示。显然，与其他控制方案相比，PFOSMC能够实现最快速的有功/无功功率调节。3.2微电网故障下系统恢复微电网故障会导致系统瞬时功率不平衡，从而引起功率振荡和电压跌落。因此要求电力系统能....

图1超级电容器的结构原理及其充电过程

留系统阻尼有益项以改进其动态响应性能，同时完全补偿系统阻尼无益项以实现全局一致的控制性能。最后，将分数阶滑模控制(Fractional-OrderSliding-ModeControl,FOSMC)作为附加控制输入，重塑系统能量使闭环系统严格无源，同时引入分数阶比例-微分PD滑动....

图2SCES系统并网结构示意图

和FOSMC控制进行了对比。仿真结果验证了PFOSMC的有效性。1超级电容储能系统建模超级电容是一种介于传统电容和蓄电池之间的新型储能装置，其结构原理如图1所示。相比传统电容，超级电容有更高的能量密度和更宽的工作温度范围；相较于蓄电池，其具有更高的功率密度和更长的循环使用寿命[1....

图3SCES系统的PFOSMC整体结构框架图

4)式中，使用双曲正切函数tanh(·)代替传统SMC中使用的符号函数sgn(·)，从而显著降低由sgn(·)的不连续性所带来的抖振问题。tanh(x,)定义如下：eetanh(,)=eexxxxx(25)至此，针对SCES系统(1)—(5)的PFOSMC控制整体框架如图3所示，....

本文编号：4045817